Diferencia entre revisiones de «Carburo de wolframio»
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| Name = Tungsten carbide
|imagen= Α-WC-polyhedral.png
|pie de imagen= α-carburo de
|IUPAC=Carburo de tungsteno
| OtherNames = Tungsten(IV) carbide<br />
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|PEK= 6000
| BoilingPt_notes = <br> at 760 mmHg<ref name=shthcc />
| MagSus = 1·10<sup>−5</sup> cm
| ThermalConductivity =110 W/(m·K)<ref name="Blau2003"/>
| CrystalStruct = [[Hexagonal crystal system|Hexagonal]], [[Pearson symbol|hP2]]<ref name=str />
| SpaceGroup = P{{overline|6}}
| PointGroup = {{overline|6}}
| LattConst_a = 2,906 Å
| LattConst_b =
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}}
El '''carburo de wolframio''' o '''carburo de tungsteno''' es un compuesto formado por [[wolframio]] y [[carbono]]. Es un [[compuesto intersticial]] con composición química de W<sub>3</sub>C hasta W<sub>6</sub>C, perteneciente al grupo de los [[carburo]]s. Se utiliza fundamentalmente, debido a su elevada [[dureza]], en la fabricación de maquinarias y utensilios para trabajar el [[acero]]. De esta característica también recibe el nombre de «vidia» (en [[idioma alemán|alemán]] ''
▲formado por [[wolframio]] y [[carbono]]. Es un [[compuesto intersticial]] con composición química de W<sub>3</sub>C hasta W<sub>6</sub>C, perteneciente al grupo de los [[carburo]]s. Se utiliza fundamentalmente, debido a su elevada [[dureza]], en la fabricación de maquinarias y utensilios para trabajar el [[acero]]. De esta característica también recibe el nombre de «vidia» (en [[idioma alemán|alemán]] ''widia'', como abreviatura de '''''wi'''e '''dia'''mant'' (‘como el [[diamante]]’)).
Debido a su elevada dureza y escasa ductilidad, se elaboran piezas de este material en forma de polvo, añadiendo entre un 6 y un 10 % de [[cobalto]]. Los granos del carburo de wolframio empleados en el proceso suelen tener diámetros de aproximadamente 0,5 a 1 [[micrómetro (unidad de longitud)|micrómetros]]. El polvo se prensa, y las piezas obtenidas se calientan a una presión de 10 000 a 20 000 [[bar (unidad)|bares]], aproximadamente a 1600 °C (algo por debajo del [[punto de fusión]] del carburo). En estas condiciones, la masa se compacta por [[sinterización]], actuando el cobalto como pegamento entre los granos del carburo.
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El acabado final de las piezas solo se puede realizar con métodos [[abrasivo]]s. También es posible mecanizarlo con máquinas de electroerosión de hilo o penetración.
El tipo de material formado de esta manera se conoce como [[cermet]]
== Historia ==
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Durante la [[Primera Guerra Mundial]] se hicieron algunos experimentos en Alemania, sinterizando partículas de carburo de wolframio. Se prensaron en varias formas a alta presión y se trataron térmicamente. De nuevo el producto resultante fue demasiado frágil para procesarlo industrialmente.
En 1907, la empresa estadounidense General Electric había conseguido, gracias al trabajo del ingeniero [[William Coolidge]], desarrollar filamentos de wolframio, lo que permitió sustituir al [[rutenio]] y al [[osmio]] en la fabricación de [[bombilla de luz|bombillas de luz]]. Pero el wolframio resultó ser muy abrasivo, por lo que para el [[trefilado]] de los filamentos de bombillas se debía emplear [[diamante]] natural en las trefilas. Sin embargo los núcleos de diamante tenían el
== Síntesis ==
Existen varios métodos de síntesis. Veamos algunos de ellos.
Un método de obtención consiste en la reacción de wolframio metálico y carbono a 1400-2000 °C
:: <math>\mathrm{W+C=WC}</math>
El proceso comienza con wolframio (que en su estado nativo se presenta en forma de óxido) y negro de carbono. Inicialmente en la superficie del wolframio se produce la formación de partículas de monocarburo de wolframio a partir del cual se difunde en las partículas de carbono y forma una capa de composición W<sub>2</sub>C. Se toma la cantidad requerida y se mezclan los polvos en briquetas o rociados con grafito en contenedores de compactación y se colocan en el horno. Para la protección del polvo de la oxidación, la atmósfera de síntesis es [[hidrógeno]] el cual reacciona con el carbono a una temperatura de 1300 °C para dar [[acetileno]]. La formación de carburo de wolframio tiene lugar principalmente a través de la fase gaseosa debido al carbono contenido en los gases.
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:: <math>\mathrm{2CO+W=WC+CO_2}</math>
El proceso habitual de obtención de carburo de wolframio se lleva a cabo a una temperatura de 1300-1350 °C si el polvo de wolframio es fino, y 1600 °C si es grueso, durando el proceso de 1 a 2 horas. Los bloques resultantes de carburo de wolframio ligeramente sinterizados se trituran y se
Existe una variante que en lugar de wolframio metálico utiliza WO<sub>3</sub> directamente (es decir, el wolframio en su estado corriente en la naturaleza), mezclado con grafito, en un proceso de fusión a 900 °C; o bien en hidrógeno a 670 °C después de la carburación en una atmósfera de [[argón]] a 1000 °C.<ref>{{cita publicación
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|número=19}}</ref>
Otros métodos utilizan un proceso patentado llamado
Otro método es el de deposición de vapor químico:
:reacción de [[hexacloruro de wolframio]] con hidrógeno (como agente reductor) y [[metano]] (como la fuente de carbono) a 670 °C
:: <math>\mathrm{WCl_6 + H_2 + CH_4 \xrightarrow{670 C} WC + 6HCl}</math>
: reaccionar [[hexafluoruro de wolframio]] con hidrógeno (como agente reductor) y [[metanol]] (como fuente de carbono) a 350 °C
:: <math>\mathrm{WF_6 + 2H_2 + CH_3OH \xrightarrow{350 C} WC + 6HF + H_2O}</math>
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== Propiedades químicas ==
Hay dos compuestos bien caracterizados de wolframio y carbono, WC y '''semicarburo wolframio''', W<sub>2</sub>C. Ambos compuestos pueden estar presentes en los revestimientos y las proporciones pueden depender del método de recubrimiento.<ref>{{cita publicación
|título=Comparative study of WC-cermet coatings sprayed via the HVOF and the HVAF Process
|apellido=Jacobs|nombre=L.|
|publicación=[[Journal of Thermal Spray Technology]]|volumen=7|número=2
|año =1998|páginas=213–218|doi=10.1361/105996398770350954
}}</ref>
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A altas temperaturas el WC se descompone en wolframio y carbono y esto puede ocurrir durante la pulverización térmica (proceso que tiene lugar a alta temperatura). Por ejemplo, en métodos de HVOF (combustible de oxígeno de alta velocidad) y HEP (plasma de alta energía).<ref>{{cita publicación
|título=Microstructural evaluation of tungsten carbide-cobalt coatings
|apellido=Nerz|nombre=J.|
|publicación=Journal of Thermal Spray Technology|año=1992|volumen=1|número=2|páginas=147–152|doi=10.1007/BF02659015
}}</ref>
La oxidación de WC empieza a 500-600 °C.<ref name="Pierson"/> Es resistente a ácidos y solo es atacado por el ácido fluorhídrico
▲Es resistente a ácidos y solo es atacado por el ácido fluorhídrico / ácido nítrico (HF / HNO<sub>3</sub> mezclas superiores a la temperatura ambiente).<ref name="Pierson"/> Reacciona con flúor gas en la sala de temperatura y cloro por encima de 400 °C (752 °F) y no es reactivo para secar H<sub>2</sub> hasta su punto de fusión.<ref name="Pierson"/>
|título=Reaction of Metal, Carbide, and Nitride of Tungsten with Hydrogen Peroxide Characterized by 183W Nuclear Magnetic Resonance and Raman Spectroscopy
|apellido=Noritaka Mizuno|nombre=Hitoshi Nakajima
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== Propiedades físicas ==
El carburo de wolframio tiene una [[densidad]] de
Es extremadamente duro, ocupando ~9 en la [[escala de Mohs]], [[Dureza Vickers|número Vickers]] de 1700 a 2400.<ref>CRC Materials Science and Engineering Handbook (2001).</ref>
Tiene un [[módulo de Young]] de aproximadamente 550 GPa, un [[módulo de compresibilidad]] de 439 GPa,<ref>{{cita libro|last1=Lalena|first1=John N.|last2=Cleary|first2=David A.|título=Principles of Inorganic Materials Design|edición=Second|url=http://books.google.com/books?id=FhZwYudTCsQC&pg=PA422|página=422|año=2010|editorial=[[John Wiley & Sons|John Wiley & Sons, Inc.]]|ubicación=[[Hoboken, New Jersey]]|isbn=978-0-470-40403-4}}</ref> y un [[módulo de cizalladura]] de 270 GPa.<ref name="MIT Material Properties"/> Su resistencia a la tracción es de 344,8 MPa.<ref>CRC Materials Science and Engineering Handbook, p.405</ref> y 5300
La velocidad de una onda longitudinal (la [[velocidad del sonido]]) a través de una varilla delgada de carburo de tungsteno es 6220 m/s.<ref>{{cita web |url=http://www.rfcafe.com/references/general/velocity-sound-media.htm |título=Velocity of Sound in Various Media |autor=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |editorial=RF Cafe |fechaacceso=4 April 2013 <!-- NOTE: This reference cites its source as the CRC Handbook of Chemistry and Physics -->}}</ref>
Con una baja resistividad eléctrica de
El WC se moja fácilmente tanto por [[níquel]] o [[cobalto]] fundidos.<ref name="Ettmayer"/> Investigación del diagrama de fases del sistema de WC-Co muestra que WC y Co forman
== Estructura ==
[[Archivo:Alpha tungsten carbide crystal structure.png|thumb|Estructura α-WC, los átomos de carbono se muestran en gris.]]
Existen dos formas de WC, una estructura [[Sistema cristalino hexagonal|hexagonal]], α-WC ([[símbolo de Pearson|hP2]], [[grupo espacial]] P{{overline|6}}m2, N.º 187)
y una estructura cúbica, β-WC, similar a la de la sal gema, estable a alta temperatura.<ref>{{cita publicación
|título=Phase Equilibria in the System Tungsten—Carbon|apellido=Sara|nombre=R. V.
|publicación=Journal of the American Ceramic Society|volumen=48|año=1965|número=5
|páginas=251–257|doi=10.1111/j.1151-2916.1965.tb14731.x
}}</ref> La forma hexagonal se puede apreciar como capas de empaquetamiento compacto hexagonal de átomos de metal con capas que se extienden directamente la una sobre la otra, con átomos de carbono llenado medio de los intersticios dando tanto de wolframio y carbono en un habitual trigonal prismática, de [[Número de coordinación|coordinación]] 6.<ref name="Wells"/> A partir de las dimensiones de la celda unidad,<ref>{{cita publicación
|título=Untersuchungen im System Tantal-Wolfram-Kohlenstoff|apellido=Rudy|nombre=E.|coautores=F. Benesovsky
|publicación=Monatshefte für chemie|año=1962|volumen=93|número=3
|páginas=1176–1195|doi=10.1007/BF01189609
}}</ref> la distancia entre los átomos de wolframio en una capa hexagonal es de 291 pm, la distancia más corta entre los átomos de wolframio en capas adyacentes es 284 pm. La longitud de enlace entre el wolframio y el carbono es de 220 pm. Por consiguiente, la longitud de enlace de wolframio-carbono es comparable a la enlace sencillo en W(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub> (218 pm) en la que hay fuertes perturbaciones coordinación prismática trigonal de wolframio.<ref>{{cita publicación
|apellido=Kleinhenz|nombre=Sven|
|publicación=Chemistry—A European Journal|año=1998|número=9|volumen=4|páginas=1687–91
|título=Preparation and Structures of [W(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>], [Re(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>], [Nb(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sup>−</sup>, and [Ta(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sup>−</sup>
|doi=10.1002/(SICI)1521-3765(19980904)4:9<1687::AID-CHEM1687>3.0.CO;2-R
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Se ha investigado el WC molecular. Esta especie en fase gaseosa tiene una longitud de enlace de 171 pm de <sup>184</sup>W<sup>12</sup>C.<ref>{{cita publicación
|título=Optical spectroscopy of tungsten carbide (WC).
|apellido=Sickafoose|nombre=S.M.|
|publicación=[[J. Chem. Phys.]]|volumen=116|número=3|año=2002|doi=10.1063/1.1427068
|page=993
}}</ref>
== Aplicaciones ==
Es un material estratégico. El gobierno estadounidense lo incluye dentro de los materiales de categoría vital junto a otros materiales y productos como el petróleo, lo que significa que se almacenan reservas para 6 meses, ante posibles fallos de suministro debido a fenómenos naturales o guerras.
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=== Herramientas de corte para el mecanizado ===
Las [[herramienta de corte|herramientas de corte]] de carburo de wolframio [[sinterizado]] son muy resistentes a la abrasión y también
Son estas herramienta comúnmente llamadas '''
=== Municiones ===
La munición de carburo de wolframio puede ser de tipo [[sabot]] (una [[APDS|flecha grande]] rodeada por un cilindro de descarte de empuje) o un proyectil de [[AP (munición)|calibre reducido]], donde el cobre (u otro material relativamente blando) se utiliza para revestir el núcleo de penetración duro, separándose las dos partes en el impacto. Este último es más común en las armas de pequeño calibre, mientras que los sabot son generalmente empleados en cañones.<ref>{{cita libro|autor=Green, Michael and Stewart, Greg|título=M1 Abrams at War|url=http://books.google.com/books?id=M1P6jT8_yrgC&pg=PA66|año=2005|editorial=Zenith Imprint|isbn=978-0-7603-2153-9|páginas=66–}}</ref><ref name="Tucker2004">{{cita libro|autor=Tucker, Spencer|título=Tanks: an illustrated history of their impact|url=http://books.google.com/books?id=N481TmqiSiUC&pg=PA348|año=2004|editorial=ABC-CLIO|isbn=978-1-57607-995-9|páginas=348–}}</ref>
=== Nuclear ===
El carburo de wolframio es también un eficaz reflector de neutrones y como tal fue utilizado durante las primeras investigaciones sobre las reacciones nucleares en cadena, en particular para las armas. Un accidente de criticidad se produjo en el [[Laboratorio Nacional de Los Álamos]] el 21 de agosto de 1945, cuando a [[Harry K. Daghlian, Jr.]] se le cayó un ladrillo de carburo de wolframio en una esfera de [[plutonio]], haciendo que la masa subcrítica se convirtiera en supercrítica debido a los neutrones reflejados.
=== Deportes ===
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Los deportistas emplean carburos duros, en especial de carburo de wolframio, en los bastones que golpean las superficies duras. Ejemplo de ello lo encontramos en la punta de los picos que utilizan los escaladores, que sufren un gran desgaste al clavarse en la piedra. Las puntas de carburo duran mucho más que otros tipos de punta<ref name="Connally2004">{{cita libro|autor=Connally, Craig|título=The mountaineering handbook: modern tools and techniques that will take you to the top|url=http://books.google.com/books?id=c0MUESWJo2oC&pg=PA14|año=2004|editorial=McGraw-Hill Professional|isbn=978-0-07-143010-4|páginas=14–}}</ref>
Sin embargo, los bastones de esquí no utilizan este material, pues sus puntas no han de ser especialmente duras, incluso aunque se empleen para romper el hielo. Tampoco se emplea en los bastones de
Se puede encontrar pequeñas puntas afiladas de este metal en las cintas tractoras de las motos de nieve (llamados pernos), elementos destinados a mejorar la tracción sobre superficies heladas. Segmentos más largos en forma de V se pueden colocar en los esquís de las motos de nieve, con el objetivo de mejorar la gobernabilidad en superficies heladas. Las puntas de carburo reducen el desgaste cuando la moto de nieve debe cruzar caminos y otras superficies abrasivas.<ref name="Hermance2006">{{cita libro|autor=Hermance, Richard|título=Snowmobile and ATV accident investigation and reconstruction|url=http://books.google.com/books?id=-msCn1jK8z8C&pg=PA13|año=2006|editorial=Lawyers & Judges Publishing Company|isbn=978-0-913875-02-5|páginas=13–}}</ref>
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Algunos fabricantes ofrecen los neumáticos de bicicleta con tachuelas de carburo de wolframio para una mejor tracción sobre hielo. Estos se prefieren generalmente a las tachuelas de acero debido a su resistencia superior al desgaste.<ref name="HampGorr2011">{{cita libro|autor=Hamp, Ron; Gorr, Eric and Cameron, Kevin|título=Four-Stroke Motocross and Off-Road Performance Handbook|url=http://books.google.com/books?id=24kHuJV2LcAC&pg=PA69|año=2011|editorial=MotorBooks International|isbn=978-0-7603-4000-4|páginas=69–}}</ref>
El carburo de wolframio puede usarse en herraduras de caballos, para mejorar la tracción en superficies resbaladizas como carreteras o hielo. Clavos de punta de carburo se pueden usar en la fabricación de zapatos,<ref name=mustad>{{cita web|título=Road nail|url=http://www.mustadhoofnails.com/subcat/40/product/1369/page/0/road_nail/|editorial=Mustad Hoof Nails|fechaacceso=julio de 2011|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20120326173505/http://www.mustadhoofnails.com/subcat/40/product/1369/page/0/road_nail/|fechaarchivo=26 de marzo de 2012}}</ref> o, alternativamente, boro, carburo de tungsteno en una matriz de metal más blando, que puede soldarse en pequeñas áreas de la parte inferior del zapato antes de su montaje.<ref name=wiw>{{cita web|apellido=Breningstall|nombre=F. Thomas|título=Winter shoes|url=http://www.wiwfarm.com/wntrs.htm|editorial=Windt im Wald Farm|fechaacceso=julio de 2011|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20121123071557/http://www.wiwfarm.com/wntrs.htm|fechaarchivo=23 de noviembre de 2012}}</ref>
=== Instrumental quirúrgico ===
También se utiliza para la fabricación de instrumental quirúrgico destinados a la cirugía abierta (tijeras, pinzas, cuchillas, manijas, etc) y la cirugía laparoscópica (pinzas, tijeras
=== Joyería ===
El carburo de wolframio, por lo general en forma de un carburo cementado (partículas de carburo unidas por un metal), se ha convertido en un material popular en la industria de la joyería nupcial, debido a su extrema dureza y alta resistencia al rayado. Si bien aunque es muy resistente su punto débil es cierta fragilidad.<ref>[http://cherylkremkow.com/the-new-luxury/breaking-tungsten-carbide/ Breaking Tungsten Carbide]. cherylkremkow.com (2009-10-29)</ref> El carburo de tungsteno es aproximadamente 10 veces más duro que el oro de 18 quilates. Además de su diseño y alto brillo, que forma parte de su atractivo para los consumidores es su carácter técnico.<ref>[http://www.forevermetals.com/jewelry-tungsten-carbide-ring/ Tungsten Carbide Manufacturing]. forevermetals.com (2005-06-18)</ref>
Línea 203 ⟶ 206:
Es un material común usado en la fabricación de bloques patrón, que se utiliza como un sistema para producir longitudes de precisión en metrología dimensional.
El guitarrista inglés [[Martin Simpson]] es conocido el uso de un
Se ha investigado su uso potencial como un catalizador y se ha encontrado para asemejarse al [[platino]] en su catálisis de la producción de agua a partir de hidrógeno y oxígeno a temperatura ambiente, la reducción de trióxido de tungsteno por el hidrógeno en la presencia de agua, y
|título=Platinum-Like Behavior of Tungsten Carbide in Surface Catalysis
|nombre=R. B.|apellido=Levy|coautores=M. Boudart|publicación=Science|año=1973
Línea 212 ⟶ 215:
}}</ref> Se ha propuesto como un reemplazo del catalizador de [[iridio]] para la [[hidrazina]] accionando propulsores de satélites.<ref>{{cita publicación
|título=Nitride and carbide of molybdenum and tungsten as substitutes of iridium for the catalysts used for space communication
|apellido=Rodrigues|nombre=J.A.J.|
|publicación=Catalysis Letters|volumen=45|páginas=1–2|año=1997|doi=10.1023/A:1019059410876
}}</ref>
El carburo de wolframio se emplea, sobre todo, en la elaboración de utensilios de corte para trabajar metales o el acero. También se construyen algunas piezas que requieren elevada resistencia térmica o mecánica, como [[
Frente a los metales duros tiene la ventaja de mantener su dureza incluso a elevadas temperaturas. En los últimos años, también se han elaborado materiales parecidos a base de [[nitruro]] de [[titanio]] o carburo de [[titanio]] que incluso pueden tener una resistencia térmica más elevada.▼
== Toxicidad ==▼
Los riesgos de salud principales en carburo se relacionan con la inhalación de polvo, dando lugar a [[fibrosis]].<ref>{{cita publicación | last1 = Sprince | first1 = NL. | last2 = Chamberlin | first2 = RI. | last3 = Hales | first3 = CA. | last4 = Weber | first4 = AL. | last5 = Kazemi | first5 = H. | título = Respiratory disease in tungsten carbide production workers | publicación = Chest | volumen = 86 | número = 4 | páginas = 549–57 |
▲En los últimos años, también se han elaborado materiales parecidos a base de [[nitruro]] de [[titanio]] o carburo de [[titanio]] que incluso pueden tener una resistencia térmica más elevada.
|url = http://ntp.niehs.nih.gov/go/roc12▼
|título = 12th Report on Carcinogens▼
|fechaacceso = 24 de junio de 2011
|urlarchivo = https://web.archive.org/web/20110625114247/http://ntp.niehs.nih.gov/go/roc12
|fechaarchivo = 25 de junio de 2011
▲== Toxicidad ==
▲Los riesgos de salud principales en carburo se relacionan con la inhalación de polvo, dando lugar a [[fibrosis]].<ref>{{cita publicación | last1 = Sprince | first1 = NL. | last2 = Chamberlin | first2 = RI. | last3 = Hales | first3 = CA. | last4 = Weber | first4 = AL. | last5 = Kazemi | first5 = H. | título = Respiratory disease in tungsten carbide production workers | publicación = Chest | volumen = 86 | número = 4 | páginas = 549–57 | mes = Oct | año = 1984 | doi =10.1378/chest.86.4.549 | pmid = 6434250}}</ref> El cobalto-carburo de tungsteno también se anticipa razonablemente que sea un [[cancerígeno]] para el ser humano por el [[Programa Nacional de Toxicología]] de EE.UU.<ref name="12th Report on Carcinogens">{{cita web
▲|url=http://ntp.niehs.nih.gov/go/roc12
▲|título=12th Report on Carcinogens
▲|editorial=National Toxicology Program|fechaacceso=24 de junio de 2011
}}</ref>
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{{Listaref|2}}
{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Carburos|Wolframio]]
[[Categoría:Materiales abrasivos]]
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